專利名稱：流體控制閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及閥，且更具體地涉及流體控制閥。
背景技術：
很多閥包括用于計量流過閥的流體的閥件和用于控制閥件的位置的閥控 制件。有些閥控制使用流體來控制閥件的位置。例如，有些閥控制流到控制室 的供應流體，其中流體在閥件上施加力來抵消作用在閥件上的其它力。這種閥 控制件通常通過計量從控制室排放的流體來控制控制室內流體的壓力。閥控制 件可抑制來自控制室的流體排放以在控制室內產生高的流體壓力，從而使流體 沿一個方向驅動閥件。相反，閥控制件可通過增加來自控制室的流體排放而降 低控制室內流體的壓力來允許其它的力沿相反方向驅動閥件。
不幸的是，很多這種閥控制件不包括計量到控制室的流體供應的設置。在 某些情況下，這種閥控制件能夠使閥件沿一個方向快速移動，但不能使閥沿相 反方向快速移動。如果這種閥控制件構造成以相對快的速率向控制室供應流 體，則閥控制件可能能夠使控制室內的流體通過已知來自控制室的排放而快速 驅動閥件。但是，這種閥控制件可能不能以比供應速率足夠大的速率從控制室 排放流體而使其它的力能夠抵抗控制室內的流體沿相反方向驅動閥件。相反， 構造成以相對低的速率向控制室供應流體的閥控制件可能能夠僅以較低的速 率用供應到控制室的流體來驅動閥件。
授予Schexnavder的美國專利第5，421，545 ("'545專利")示出計量流入其 控制室內的流體加上計量流出控制室的流體的流體控制閥。'545專利中所示的 閥包括具有第一端口和第二端口的本體，第一端口和第二端口通過延伸穿過本
5體的通道連接。該閥還包括用于計量流過兩端口之間流體的提升閥構件。此外， 該閥包括與提升閥件相鄰設置的控制室。'545專利中的閥構造成使控制室內的
流體壓力迫使提升閥構件抵抗第一端口內的流體壓力朝向關閉位置。'545專利
的閥還包括從第一端口向控制室供應流體的設置和從控制室向第二端口排放 流體的設置。這些設置包括計量從第一端口流向控制室供應的流體和從控制室
流向第二端口的流體的滑闊(spool)。
盡管'545專利的閥包括計量流入控制室的流體和流出控制室的流體的滑 閥，但還存在某些缺點。例如，滑閥可能泄漏，這可能損害不需要從控制室排 放時的性能。此外，由于該閥僅能夠從第一端口向控制室供應流體，該閥可能 能夠僅在第一端口內的壓力高于第二端口內的壓力時才能控制提升閥(pilot poppet)構件的位置。
本發明的閥可解決上述一個或多個問題。
發明內容
一個所揭示的實施例涉及具有殼體的閥，該殼體具有第一端口和第二端 口。該閥可包括第一閥構件，該第一閥構件可操作以計量流過第一端口和第二 端口之間的流體。此外，閥可包括閥控制件，該闊控制件可操作以至少部分用 供應到控制室的流體來控制第一閥件的位置。閥控制件可包括一個或多個附加 閥構件，該閥構件可操作以計量流到控制室的流體并還計量從控制室流出的流 體。 一個或多個附加閥構件可包括可操作以計量從控制室流出的流體的控制提 升閥。該閥控制件可能可操作以至少部分根據第一閥構件的位置來控制一個或 多個附加閥構件中的至少一個的位置。
另一實施例涉及運行具有殼體的閥的方法，該殼體具有第一端口和第二端 口 。該方法可包括至少部分通過控制第一閥構件的位置來計量流過第一和第二 端口的流體。控制第一閥構件的位置可包括用一個或多個附加閥構件計量流到 控制室的流體和計量流出控制室的流體，包括用控制提升閥計量流出控制室的 流體。該方法可包括至少部分根據第一閥構件的位置來控制一個或多個附加閥 構件中的至少一個的位置。
另一實施例涉及具有殼體的閥，該殼體具有第一端口和第二端口。該閥可包括第一 閥構件，該第一 閥構件可操作以計量流過第一端口和第二端口之間的 流體。此外，閥可包括閥控制件，該閥控制件可操作以至少部分用供應到控制 室的流體來控制第一閥件的位置。該閥控制件可包括連接在第一端口和控制室 之間的第一供應通道，第一供應通道包括使流體能夠從第一端口流到控制室的 第一止回閥。該閥控制件可包括連接在第二端口和控制室之間的第二供應通 道，第二供應通道包括使流體能夠從第一端口流到控制室的第二止回閥。此外， 閥控制件可包括連接到控制室的一個或多個排放通道。該閥控制件可包括一個 或多個附加閥構件，該閥構件可操作以計量通過第一供應通道流到控制室的流 體并還計量通過第二供應通道從控制室流出的流體。
圖1是根據本發明的閥的一實施例處于第一運行狀態的剖視圖; 圖2是圖1所示的閥處于第二運行狀態的剖視圖；以及 圖3是圖1所示的閥處于第三運行狀態的剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明的閥10的一個實施例。閥10可包括殼體12、閥構 件14和閥控制件16。殼體12可包括端口 18、端口 20以及在端口 18和端口 20之間延伸的通道22。如圖I所示，殼體12還可包括各種其它結構。
閥構件14可構造成可計量流過通道22的流體。如圖1所示，閥構件14 可以是提升閥。閥構件14可包括閥座24，閥座構造成密封地鄰靠殼體12的閥 座26。閥座24可大致面向方向32，且閥座26可大致面向相反方向30。閥構 件14還可包括面向方向30的表面34、 36。此外，閥構件14還可包括面向方 向32的表面38。此外，閥構件14可包括在閥座24周圍延伸并大致面向方向 32的表面39。此外，閥構件14可包括由閥座24圍繞并大致面向方向32的表 面40。閥10可包括限制閥構件14平移以沿軸線28沿方向30、32滑動的設置。 例如，如圖1所示，殼體12的平行于軸線28延伸的表面可引導平行于軸線28 延伸的閥構件14的表面。
閥構件14的各部分可具有相對于彼此的各種比例。在某些實施例中，表面36、 38、 39和40可總地具有其面積基本上等于面向方向30的表面34的面 積的面向方向32的凈面積。此外，在某些實施例中，面向方向32的表面40 的面積可基本上等于面向方向30的表面34的面積的一半。在這些實施例中， 表面36、 38、 39可具有其面積基本上等于面向方向32的表面40的面積的面 向方向32的凈面積。
閥構件14可以以各種方式構造成當閥座24與閥座26分離時使流體流過 端口 18和20之間。例如，在某些實施例中，閥構件14可包括流體可流過的 計量通道27。
此外，閥控制件16可構造成至少部分用供應到控制室42的流體來控制閥 構件14的位置。如圖1所示，在某些實施例中，控制室42可由與閥構件14 的諸如表面34之類的一個或多個表面相鄰的殼體12限定。除了控制室42，閥 控制件16可包括將流體引到和引出控制室42的設置。例如，控制閥16可包 括供應通道44、 46和排放通道52、 54。各供應通道44、 46可連接在控制室 42的端口 18、 20與端口48、 50之間。供應通道44可包括止回閥58,該止回 閥可操作以使流體能夠從端口 18通過端口 48流到控制室42。類似地，供應通 道46可包括止回閥60，該止回闊可操作以使流體能夠從端口 20通過端口 50 流到控制室42。各排放通道52、 54可連接在控制室42的端口 18、 20與端口 56之間。排放通道52可包括止回閥62，該止回閥構造成使流體能夠從端口 56 流到端口 18，而排放通道54可包括止回閥64，該止回閥可操作以使流體能夠 從端口 56流到端口 20。
閥控制件16還可包括一個或多個附加閥構件，該閥構件可操作以計量流 到和/或流出控制室42的流體。例如，如圖1所示，閥控制件16可包括控制提 升閥66和閥構件68。控制提升閥66可具有閥座70，閥座構造成密封地鄰靠 與端口 56關聯的閥座72。閥10可包括限制控制提升閥66平移以沿諸如軸線 28之類的軸線滑動的設置。如圖1所示，在某些實施例中，殼體12的平行于 軸線28延伸的表面可引導也平行于軸線28延伸的控制提升閥66的側表面。
控制提升閥66可以以各種方式構造成當閥座70與閥座72分離時使流體 流過控制室42和排放通道52、 54之間。例如，在某些實施例中，控制提升閥 66可包括從控制室42延伸到控制提升閥66和殼體12之間空間71的通道67，且控制提升閥66可包括計量通道73。
在某些實施例中，控制提升閥66可包括一個或多個側表面，這些側表面 構造成計量流入和/或流出控制室42的流體。例如，控制提升閥66可包括構造 成計量流過端口48、 50的流體的側表面74。如圖1所示，在某些實施例中， 側表面74可具有可跨越各端口 48、 50移動的端部75。或者，側表面74可包 括可跨越端口48、 50移動的一個或多個開口 (未示出)。
控制提升閥66還可包括從開口 78延伸到開口 80的通道76。開口 78可 與控制室42直接流體連通。當閥座70密封地鄰靠闊座72時，開口 80可僅通 過通道76連接到控制室42。閥構件68可構造成可計量流過通道76的流體。 閥控制件16可包括沿方向30偏置閥構件68的彈簧69以使閥構件68能夠密 封通道76，如圖l所示。
閥控制件16還可包括用于移動控制提升閥66和閥構件68的各種設置。 例如，閥控制件16可包括用于驅動控制提升閥66和閥構件68的致動器84。 致動器84可以是具有柱塞86的電磁閥，柱塞構造成鄰靠控制提升閥66和閥 構件68。觸發時，致動器84可沿方向32驅動柱塞86，由此沿方向32驅動閥 構件68和控制提升閥66。柱塞86可構造成與閥構件68配合并沿方向32驅動 閥構件68，然后與控制提升閥66配合并沿方向32驅動控制提升閥66。
在某些實施例中，閥控制件16可構造成至少部分根據閥構件14的位置來 控制控制提升閥66的位置。例如，閥控制件16可包括在閩構件14和控制提 升閥66之間壓縮的彈簧82。彈簧82可沿方向30推壓控制提升閥66抵抗由致 動器84施加到控制提升閥66的任何力。類似地，彈簧82可沿方向32推壓閥 構件14。
閥10并不限于如圖1所示的構造。例如，閥構件14的表面可具有與如上 所述不同的相對尺寸。此外，閥構件14可以是除了提升閥之外的類型的閥構 件，諸如滑閥。此外，閥控制件16可構造成與圖1所示不同。在某些實施例 中，不同于具有與控制室42相鄰的表面34的閥構件14，閥控制件16可包括 具有與控制室42相鄰的表面并直接或間接連接到閥構件14的其它驅動構件。 此外， 一個或多個供應通道44、 46和排放通道52、 54可延伸穿過閥構件14, 而不是穿過殼體12。此外，閥控制件16可省略供應通道46和排放通道54，和/或可包括圖1中未示出的供應和排放通道。
此外，在某些實施例中，閥控制件16可構造成通過端口 56向控制室42 供應流體并通過端口 48、 50從控制室42排放流體，而不是通過端口 48、 50 向控制室42供應流體并通過端口 56從控制室42排放流體。閥控制件16可包 括實現該目的的各種構造。例如，供應通道44、 46可從端口 18、 20延伸到端 口 56，而不是延伸到端口48、 50，排放通道52、 54可從端口 48、 50延伸到 端口 18、 20，而不是從端口 56延伸。
閥控制件16還可包括不同的閥構件設置，用于計量流到和流出控制室42 的流體。例如，閥控制件16可包括在多個閥構件，用于替代控制提升閥66來 計量流入和流出控制室42的流體。
閥控制件16還可包括用于控制控制提升閥66的位置的不同設置。例如， 致動器84可以是除了電磁閥之外的其它類型致動器，諸如液壓致動器或氣動 致動器。此外，閥控制件16可包括至少部分根據闊構件14的位置來控制控制 提升閥66的位置的彈簧之外的其它設置。閥控制件16可包括用于連接在控制 提升閥66和閥構件14之間的不同類型的力傳遞機構。此外，在某些實施例中， 閥控制件16可包括感測閥構件14的位置的位置傳感器和用于至少部分根據位 置傳感器的輸出信號來控制致動器84的信息處理部件。
工業應用
閥IO可應用于需要控制流體流量的任何場合。殼體12的各端口 18、 20 可連接到一個或多個部件， 一個或多個部件構造成將流體供應到閥10和/或從 閥10接納流體，包括但不限于泵、閥、流體驅動致動器和儲液槽。
當觸發致動器84時，閥10可具有如圖1所示的運行狀態，其中閥構件 14可基本上防止流體在端口 18、 20之間流動。由于致動器84不對控制提升閥 66或閥構件68施加力，彈簧82可保持控制提升閥66的閥座70抵靠閥座72， 且閥構件68可密封通道76。這就可防止控制室42和排放通道52、 54之間流 體連通。
在這些情況下，供應通道44、 46之一會與控制室42流體連通。如果端口 18處的流體壓力高于端口 20處的流體壓力，止回閥58會使流體能夠從端口18連通到控制室42，而止回閥60可防止從控制室42到端口 20的流體連通。 如果端口 20處的流體壓力高于端口 18處的流體壓力，止回閥58、 60會使流 體能夠從端口 20連通到控制室42，同時又防止從控制室42到端口 18的流體 連通。這就可確保控制室42內流體的壓力基本上等于端口 18、 20處流體壓力 中較高的一個。于是，與壓靠表面34的彈簧82組合，控制室42內壓靠表面 34的流體保持閥構件14的閥座24壓靠閥座26，由此基本上防止端口 18、 20 之間的流體連通。
當閥10處于如圖1所示的狀態時，與控制提升閥66的各表面接觸的流體 可對控制提升閥66施加不平衡的力，推壓閥座70抵靠閥座72。控制室42內 的高壓流體可在控制提升閥66上沿方向30施加高于殼體12的其它部分內的 流體在控制提升閥66上沿方向32所施加的力。在某些情況下，作用在控制提 升閥66上的不平衡的流體力可大于致動器84的力的量。
由于柱塞86構造成與閥構件68配合、然后與控制提升閥66配合，當致 動器84沿方向32驅動柱塞86時，控制提升閥66上的流體力平衡，然后柱塞 86與控制提升閥66配合。如圖2所示，當柱塞86與閥構件68配合并沿方向 32驅動閥構件68時，閥構件68可使流體通過通道86連通。這就使控制室42 內的高流體壓力通過通道76連通到控制提升閥66的與控制室42相對的端部， 由此基本上平衡了控制提升閥66上的流體力。
由于控制提升閥66上的流體力基本上平衡，致動器84可容易地沿方向 32驅動控制提升閥66。如圖3所示，這可將閥座70與閥座72分開。由于閥 座70與閥座72分開，流體可從控制室42通過通道67、通過空間71、通過計 量通道73、并通過端口 56流到排放通道51、 54。此外，沿方向32移動控制 提升閥32可使側表面74至少部分堵塞端口 48、 50。于是，控制提升閥66的 側表面74可抵抗流體通過端口 48或端口 50流入控制室42。
控制提升閥66具有的阻止流體流入控制室42的阻力和控制提升閥具有的 阻止流體流出控制室42的阻力都可隨著控制提升閥66沿軸線28的位置而改 變。當致動器84沿方向32驅動控制提升閥66時，閥座70、 72之間的距離可 增加，并增加側表面74可堵塞端口 48、 50的程度。因此，致動器84沿方向 32驅動控制提升閥66，控制提升閥66減小流體通過端口 56流出控制室42的阻力并增加流體通過端口48、 50流入控制室42的阻力。相反，如果控制提升 閥66沿方向30移動，則控制提升閥66增加流體通過端口 56流出控制室42 的阻力并減小流體通過端口 48、 50流入控制室42的阻力。
于是，沿方向32驅動控制提升閥66可使閥構件14沿方向30移動。由于 流過端口 56的阻力增加，高壓流體可從控制室42流過排放通道52、 54之一 到達端口 18、 20中具有較低壓力的一個。這就可降低控制室42內的壓力。限 制流過端口 48、 50的流體還可通過降低流體流入控制室42的速率來代替流體 流出而降低控制室42內的壓力。由于控制室42內壓力減小，流體作用在閥座 24、表面38和表面40上的力可最終克服控制室42內流體的力并沿方向30驅 動闊構件14，將閥座24與閥座26分開并使流體流過端口 18、 20之間。
當閥座24與閥座26分開時，端口 18、 20處流體壓力的變化往往會形成 閥構件14的不合要求的運動。閥控制件16可通過至少部分根據閥構件14的 位置控制控制提升闊66的位置來抑制閥構件14的這種不合要求的運動。如果 端口 18、 20處的壓力波動使闊構件14沿方向30運動，彈簧82可沿方向30 驅動控制提升閥66，使控制室42內壓力增加以沿方向32向后驅動閥構件14。 相反，如果端口 18、 20處的壓力波動使闊構件14沿方向32運動，彈簧82可 使控制提升閥66沿方向32運動，使控制室42內壓力減小而使端口 18、 20內 的壓力沿方向30向后驅動閥構件14。
閥10可通過由致動器84對控制提升閥66不連續地施加力而返回到圖1 所示的運行狀態。由于致動器84不對控制提升閥66施加力，彈簧82可沿方 向30驅動控制提升閥66，直到閥座70鄰靠閥座72且側表面74暴露于端口 48、 50。于是，控制室42內壓力可升高并沿方向32驅動閥構件14，直到閥座 24鄰靠閥座26為止。
所揭示的實施例可提供多個性能優點。由于它們可操作以同時增加從控制 室42的流體排放并減小到控制室42的流體供應，所以所揭示的閥控制件16 能夠使閥構件14沿方向30快速移動。由于它們可操作以同時增加從控制室42 的流體排放并減小到控制室42的流體供應，所以所揭示的閥控制件16能夠使 閥構件14沿方向32快速移動。
此外，閥IO的所揭示的實施例在關閉時的泄漏最小。閥座24、 26可提供非常緊的密封，而防止流體通過通道22流過端口 18、 20之間。類似地，閥座 70、 72和閥件68可具有非常緊密的密封，而防止流體從控制室42泄漏。
此外，包括供應通道44和供應通道46兩者可允許閥IO雙向操作。如上 所述，供應通道44、 46使流體能夠從端口 18、 20中壓力較高的一個流到控制 室42。這使閥控制件16在閥構件14的位置上受到控制，與端口 18、 20中哪 一個具有較高的流體壓力無關。于是，閥IO可用在端口 18內的壓力有時比端 口 20內的壓力高、且有時比端口 20內的壓力低的應用場合。
對本領域的技術人員來說很顯然可對閥和方法進行各種更改和改變，而不 偏離本發明的范圍。本領域的技術人員可從本文所揭示的閥和方法的說明和實 踐的考慮中清楚地知曉所揭示的閥和方法的其它實施例。想要說明的是，應當 認為說明書和實例僅是示例性的，發明的真實范圍由以下權利要求書和其同等 物指出。
權利要求
1. 一種閥(10)，包括殼體(12)，所述殼體具有第一端口(18)和第二端口(20)；第一閥構件(14)，所述第一閥構件可操作以計量流過所述第一端口和所述第二端口之間的流體；閥控制件(16)，所述閥控制件可操作以至少部分地用供應到控制室(42)的流體來控制所述第一閥構件的位置，所述閥控制件包括一個或多個附加閥構件(66)，所述一個或多個閥構件可操作以計量流到所述控制室的流體，還計量從所述控制室流出的流體，所述一個或多個附加閥構件包括控制提升閥(66)，所述控制提升閥可操作以計量流出所述控制室的流體，以及其中，所述閥控制件可操作以至少部分地根據所述第一閥構件的位置來控制所述一個或多個附加閥構件中的至少一個的位置。
2. 如權利要求1所述的閥，其特征在于，所述控制提升閥還可操作以計量 流入所述控制室的流體。
3. 如權利要求2所述的閥，其特征在于，所述閥控制件可操作以至少部分 根據所述第一閥構件的位置來控制所述控制提升閥的位置。
4. 如權利要求2所述的閥，其特征在于，當所述控制提升閥在至少一個位 置范圍內時，所述控制提升閥可操作以當所述控制提升閥沿第一方向(32)運動時，減小流體流出所述控制室的 阻力并增加流體流入所述控制室的阻力，以及當所述控制提升閥沿第二方向(30)運動時，增加流體流出所述控制室的 阻力并減小流體流入所述控制室的阻力。
5. 如權利要求1所述的閥，其特征在于所述控制室(42)包括第三端口 (56)和第四端口 (48); 所述控制提升閥可沿軸線(28)移動；所述控制提升閥包括第一閥座(70)，所述閥座可操作以鄰靠與所述第三 端口關聯的第二閥座(72);所述閥控制件可操作以通過調節所述控制提升閥沿所述軸線的位置來調 節所述第一閥座和所述第二閥座之間的距離，從而調節流體流過所述第三端口 的阻力；以及在所述控制提升閥沿所述軸線的至少一個位置，所述控制提升閥的側表面 (74)至少部分地堵塞所述第四端口，所述側表面堵塞所述第四端口的程度是 根據所述控制提升閥沿所述軸線的位置而定的。
6. 如權利要求5所述的閥，其特征在于，所述第一閥件是具有第三閥座(24) 的提升閥，所述第三閥座可操作以鄰靠第四閥座(26)，所述第四閥座與所述 第一端口和所述第二端口之間的通道(22)關聯。
7. —種操作具有殼體(12)的閥(10)的方法，所述殼體具有第一端口 (18) 和第二端口 (20)，所述方法包括至少部分地通過控制第一閥構件(14)的位置來計量流過所述第一端口和 所述第二端口之間的流體；其中，控制所述第一閥構件的位置包括用一個或多個附加閥構件(66)計 量流到控制室(42)的流體和流出所述控制室的流體，包括用控制提升閥(66) 計量流出所述控制室的流體；以及至少部分地根據所述第一閥構件的位置來控制所述一個或多個附加閥構 件中的至少一個的位置。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，用一個或多個附加閥構件計量 流到所述控制室的流體和流出所述控制室的流體包括用所述控制提升閥計量 流到所述控制室的流體，加上用所述控制提升閥計量流出所述控制室的流體。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，用所述控制提升閥計量流出所 述控制室的流體和流入所述控制室的流體包括通過使所述控制提升閥沿第一方向(32)運動，來減小來自所述控制提升 閥的對流體流出所述控制室的限制作用、而同時增加來自所述控制提升閥的對 流體流入所述控制室的限制作用，以及通過使所述控制提升閥沿第二方向(30)運動，來增加來自所述控制提升 閥的對流體流出所述控制室的限制作用、而同時減小來自所述控制提升閥的對 流體流入所述控制室的限制作用。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，用所述控制提升閥計量流出 所述控制室的流體和流入所述控制室的流體包括調節所述控制提升閥沿軸線(28)的位置，由此調節所述控制提升閥的閥座(70)和與所述控制室的第一 端口 (56)關聯的閥座(72)之間的距離，并還調節所述控制提升閥的側表面 (74)堵塞所述控制室的第二端口 (48)的程度。
全文摘要
一種閥(10)包括殼體(12)，殼體具有第一端口(18)和第二端口(20)。該閥可包括第一閥構件(14)，該第一閥構件可操作以計量流過第一端口和第二端口之間的流體。此外，該閥可包括閥控制件(16)，該閥控制件可操作以至少部分用供應到控制室(42)的流體來控制第一閥件的位置。閥控制件可包括一個或多個附加閥構件(66)，所述閥構件可操作以計量流到控制室的流體并還計量從控制室流出的流體。一個或多個附加閥構件可包括可操作以計量從控制室流出的流體的控制提升閥(66)。該閥控制件可操作以至少部分根據第一閥構件的位置來控制一個或多個附加閥構件中的至少一個的位置。
文檔編號G05D16/20GK101473284SQ200780022413
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月7日 優先權日2006年6月16日
發明者M·T·穆勒 申請人:密蘇里州立大學館長